Debu Berlian Berkilauan di Luar Angkasa Mungkin Memecahkan Misteri 20 Tahun


Ketika para astronom pertama kali mengintip kosmos dalam cahaya microwave, mereka tahu bahwa mereka telah tersandung pada jendela ke saat-saat awal alam semesta. Lagipula, latar belakang gelombang mikro kosmik — kilau cahaya belakang ledakan besar yang dilepaskan ketika alam semesta baru berusia 380.0

Ketika para astronom pertama kali mengintip kosmos dalam cahaya microwave, mereka tahu bahwa mereka telah tersandung pada jendela ke saat-saat awal alam semesta. Lagipula, latar belakang gelombang mikro kosmik — kilau cahaya belakang ledakan besar yang dilepaskan ketika alam semesta baru berusia 380.000 tahun — telah memungkinkan para ilmuwan menjawab pertanyaan mendasar tentang dari mana kita berasal. Tapi lampu microwave juga telah mengangkat misteri yang menarik lebih dekat ke rumah. Pada tahun 1996 para astronom melihat gelombang mikro yang tidak dapat dijelaskan memancar dari galaksi kita sendiri. Selama lebih dari 20 tahun, apa yang disebut emisi microwave anomali ini tetap menjadi teka-teki — hingga saat ini. Sebuah studi baru yang diterbitkan di Nature Astronomy menunjukkan pemintalan berlian nano mungkin adalah penyebabnya.

Sepuluh tahun yang lalu, ketika mempelajari sistem planet yang baru terbentuk terbentuk di cakram gas dan debu di sekitar bintang-bintang muda, astronom Universitas Cardiff Jane Greaves memperhatikan beberapa sistem yang nampak samar-samar bercahaya dengan gelombang mikro. Dia awalnya mengaitkan cahaya itu dengan cacat dalam datanya, tetapi kemudian mempertimbangkannya kembali setelah mendengar pembicaraan rekannya tentang emisi microwave yang tidak normal. Kembali ke teleskop, ia dan kolaboratornya memantau 14 sistem bintang muda untuk emisi gelombang mikro misterius, akhirnya menemukan tiga pancaran yang memancarkan cahaya. Ketiga sistem yang sama, ternyata, juga merupakan tiga di antara sampel Greaves yang diketahui memiliki intan-intan — ukuran kristal pint berbentuk piramida yang hanya berisi ratusan atom karbon, semuanya disemir dengan lapisan tipis atom hidrogen beku. kemungkinan terakumulasi dari medium antarbintang. "Ini benar-benar petunjuk alam yang mengatakan pada kita bahwa berlian nano adalah yang bertanggung jawab" untuk gelombang mikro anomali, katanya.

Tetapi bagaimana bisa benda-benda yang sangat kecil memancarkan gelombang mikro yang sangat kuat sehingga bisa dilirik ratusan ribu tahun cahaya? Kuncinya adalah bahwa galaksi kita adalah tempat yang bergejolak, di mana pasang surut dan angin yang ditimbulkan oleh gerakan dan aktivitas bintang membuat benda kecil apa pun — apakah itu butiran debu kecil, molekul besar atau bahkan berlian kecil — bergoyang dan berputar seperti itu didorong oleh partikel lain menabraknya. Jika benda itu memiliki muatan listrik asimetris (di mana satu sisi memiliki muatan sedikit lebih banyak dari yang lain), putarannya dapat memancarkan radiasi elektromagnetik dalam bentuk gelombang mikro. Disk di sekitar bintang yang baru lahir menjadi tuan rumah partikel yang sangat cepat, semakin memperkuat efek ini.

Awalnya, para astronom menduga benda-benda sangat kecil yang bertanggung jawab atas cahaya itu adalah molekul organik yang disebut polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs) —pentingnya, setara kosmik dari jelaga, meskipun dihasilkan oleh bintang-bintang tua daripada cerobong asap. Bruce Draine, seorang astronom di Universitas Princeton yang tidak terlibat dalam penelitian ini, telah menjadi pendukung PAH sebagai kandidat utama untuk anomali gelombang mikro, tetapi dia tahu bahwa penjelasan tidak memiliki bukti. Jadi, dia dan rekan-rekannya mencari, membandingkan peta distribusi PAH dan gelombang mikro anomali di seluruh Bima Sakti. Tumpang tindih antara daerah dengan kepadatan tinggi dan kepadatan rendah di kedua peta akan menjadi bukti bahwa PAH adalah biang keladinya. "Yang mengejutkan kami, tidak ada hubungan seperti itu yang terlihat, " kata Draine. Penelitiannya pada tahun 2016 menyatakan PAH tidak bersalah, dan emisi menjadi misteri sekali lagi. Setidaknya, sampai Greaves dan rekan-rekannya melaporkan temuan baru mereka. Draine menemukan hipotesis nano-berlian menarik, tetapi mencatat korelasi antara gelombang mikro tiga bintang dan berlian nano dalam disk mereka mungkin hanya kebetulan.

Meskipun Greaves dan rekan-rekannya menghitung peluang asosiasi peluang hanya 0, 01 persen, perhitungan itu mengasumsikan semua bintang diamati dengan pijakan yang sama, tanpa kemungkinan bias. Tetapi Aigen Li, seorang astronom di Universitas Missouri – Columbia yang tidak ikut serta dalam penelitian ini, khawatir bias mungkin sebenarnya ada karena fakta tidak semua bintang memiliki suhu yang sama. Nano-berlian biasanya hanya dapat dilihat oleh para astronom Earthbound ketika mereka mengelilingi bintang-bintang yang sangat panas, katanya, yang berarti mungkin ada bintang-bintang hosting-nano dalam sampel Greaves yang gagal memancarkan gelombang mikro anomali. Clive Dickinson, seorang astronom di Universitas Manchester di Inggris, juga tidak terlibat dalam pekerjaan itu, mengungkapkan keprihatinan yang sama. Dia berpendapat bahwa bintang-bintang panas cenderung mengionisasi gas di sekitar mereka untuk menciptakan plasma — awan partikel bermuatan yang juga dapat memancarkan radiasi gelombang mikro saat mereka bergerak melalui orbitnya di sekitar bintang. Tanpa pemodelan yang sangat hati-hati dari efek ini, hal itu dapat mengarah pada kasus identitas yang keliru dan dikaitkan dengan emisi microwave anomali. "Dengan asumsi bahwa telah dilakukan dengan benar, maka ini cukup menarik — ini adalah hasil yang cukup keren, " kata Dickinson.

Untuk memperkuat hipotesis nano-berlian mereka, Greaves dan timnya selanjutnya akan mencoba mengamati baik emisi microwave anomali maupun berlian nano di lingkungan yang lebih dingin, yang kurang dicurigai, seperti awan dingin dari gas antarbintang dan debu yang menghantui galaksi kita.

Jika pada akhirnya divalidasi sebagai sumber sebenarnya dari gelombang mikro anomali, peta berlian nano di seluruh Bima Sakti akan menjadi sangat penting bagi para ilmuwan yang berharap untuk menghilangkan efek kontaminasi untuk melakukan studi yang lebih dalam, lebih tepat dari latar belakang gelombang mikro kosmik, mengungkapkan rahasia tak terhitung dari asal usul alam semesta. Dalam beberapa hal, kata co-penulis Anna Scaife, seorang astronom di Manchester, pentingnya microwave anomaly untuk studi tersebut membuat astronom mengabaikan masa lalu berlian nano sebagai sumbernya semakin mengejutkan. "Banyak waktu dalam astrofisika kita mempersempit detail hal-hal di mana kita sudah memahami gambaran besar sedangkan ini adalah asosiasi yang sama sekali baru, " katanya. "Ini benar-benar merupakan langkah perubahan dalam pemikiran kita, daripada hanya kenaikan bertahap."